FÍSICA As As múltiplas aplicações do laser MISTÉRIO NA TERRA PRIMITIVA Biólogos tentam explicar assimetrias em certos compostos dos seres vivos ANTÔNIO FLÁVIO PIERUCCI Brasil ainda é o país do Cristo Redentor
REVISTA DE DIVULGAÇÃO CIENTÍFICA DA SBPC
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VOL. 37 DEZEMBRO 2005 R$ 8,90
GEOCIÊNCIAS
Um passeio passado no
A popularização dos dinossauros – no cinema, na televisão e em grandes parques de diversão – envolve gastos de centenas de milhões de dólares, mas muitos outros organismos fósseis merecem, se não recursos tão grandes, ao menos a mesma atenção dos paleontólogos. Entre eles estão certas estruturas geológicas, os estromatólitos, formadas pela ação de microrganismos e essenciais para a reconstituição da história da vida na Terra. Hoje, por mais incrível que possa parecer, tais fósseis estão muito próximos de nós: nos pisos de modernos shopping centers , onde as pessoas caminham sobre eles sem se dar conta de seu enorme valor científico e cultural.
Estromatólitos no Brasil Corredor do Shopping Ibirapuera e, no detalhe, padrão de coloraçãoque indica a presença de antigos estromatólitos
William Sallun Filho Instituto Geológico, Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo
Thomas Rich Fairchild I nstituto
de Geociências, Universidade de São Paulo
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A I L A D N A I G O L U A P O T O F
GEOCIÊNCIAS
pelo shopping
Desde os primórdios da vida na Terra, há pelo menos 3,5 bilhões de
Figura 1. Os estromatólitos apresentam duas formas mais comuns: dômica ou colunar (esta simples ou ramificada)
anos, comunidades de microrganismos que vivem fixos a rochas e outros substratos, em ambientes aquáticos, constroem estruturas laminadas complexas, chamadas de ‘estromatólitos’. Tais estruturas, que apresentam camadas superpostas de minerais (principalmente calcário), resultam da interação desses microrganismos com o meio à sua volta, em uma mistura de processos metabólicos e de sedimentação de material particulado. Os estromatólitos podem ser reconhecidos por suas lâminas internas finas e convexas e por apresentar, em geral, a forma de domo ou coluna (figura 1). São considerados fósseis porque constituem evidências de atividades biológicas ocorridas no passado, mesmo que na grande maioria dos casos os microrganismos responsáveis por sua formação não tenham sido preservados nessas lâminas, pois se decompõem rapidamente após a morte.
Primeiras descobertas Os primeiros estromatólitos foram descritos na primeira parte do século 19, mas esse nome – criado a partir das palavras gregas stroma (manta, tapete) e lithos (pedra) – só começou a ser usado em 1908. Suspeitava-se, desde o início, de sua origem biológica, mas essa confirmação só veio na década de 1930, com estudos de estromatólitos modernos (em formação hoje). Dômico
Colunar
Simples
Ramificado
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Figura 2. Estromatólitos modernos (em formação) na região de Shark Bay, na Austrália
Duas décadas depois, geólogos russos perceberam que era possível, em várias localidades, estabelecer uma correlação entre essas estruturas e rochas sedimentares de idade pré-cambriana. Tal descoberta indicou a existência de atividade biológica muito antes da explosão de vida (o surgimento de grande variedade de invertebrados multicelulares) que, segundo o registro fossilífero, ocorreu há cerca de 542 milhões de anos de idade, no início do período Cambriano. Um novo estímulo para o estudo dessas estruturas surgiu no começo da década de 1960, com a descoberta de estromatólitos modernos ao longo de dezenas de quilômetros da costa de Shark Bay, no
oeste da Austrália (figura 2), e pela identificação de alguns desses fósseis entre os mais antigos do planeta (com até 3,5 bilhões de anos). A chamada corrida espacial também despertou interesse em estromatólitos (e microfósseis associados), pois a Agência Espacial Norte-americana (Nasa) buscava formas simples de organismos atuais e fósseis para especular sobre vida em outros planetas.
Formação e fossilização Na maior parte dos casos, um estromatólito só é formado quando uma comunidade de microrganismos consegue se fixar a um substrato e proliferar em águas límpidas e bem iluminadas, formando uma ‘esteira microbiana’. Os principais componen-
Cianobactérias atuais
Formas filamentosas
Formas cocoidais - sem litificação
Formas filamentosas coloniais
Formas cocoidais - litificadas em estromatólito
Cianobactérias fósseis
Formas cocoidais Grupo Bambuí - Proterozóico Goiás
Célula cocoidal individual Grupo Paranoá - Proterozóico Minas Gerais
Formas filamentosas Grupo Bambuí - Proterozóico - Goiás
Figura 3. As cianobactérias, uns dos organismos formadores dos estromatólitos, como são hoje e na forma fóssil 24 • CIÊNCIA HOJE • vo l. 37 • nº 222
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7 7 9 1 , R E T L A W M E O D A E S A B
tes dessas esteiras são as cianobactérias (figura 3). Esses organismos realizam fotossíntese semelhante à das plantas verdes (liberando oxigênio, diferentemente da fotossíntese anoxigênica de outras bactérias) e costumam secretar abundante mucilagem, substância pegajosa que protege as células e mantém a população unida e aderida ao substrato. Com o tempo, a acumulação de sedimentos depositados obriga a comunidade a criar uma nova esteira logo acima. Enquanto as cianobactérias e os demais organismos conseguem captar luz e evitar soterramento, as lâminas vão se sucedendo, gerando uma estrutura em forma de coluna ou domo – o estromatólito. As características da laminação (figura 4) são determinadas pelo balanço entre o crescimento descontínuo das colônias microbianas, que depende das condições ambientais (quantidade de luz, temperatura, nutrientes etc.), e o acúmulo de sedimentos dentro das esteiras. Os estromatólitos, porém, só entram no registro geológico como fósseis se tiverem sido litificados, ou seja, transformados em rocha. Isso pode acontecer de três maneiras diferentes, mas não necessariamente exclusivas: 1) através da precipitação de carbonato de cálcio (calcário) ou da acumulação de sedimento fino dentro das lâminas. A fotossíntese, em alguns casos, induz a precipitação de calcário pela retirada de bicarbonato e dióxido de carbono da água, iniciando a litificação da esteira – essa precipitação é mais freqüente na zona de decomposição da esteira microbiana, no interior do estromatólito, devido à ação de bactérias que se nutrem de materiais orgânicos, ou em zonas ainda mais profundas, por processos químicos inorgânicos; 2) pela aglutinação de pequenos grãos de sedimento na mucilagem pegajosa das cianobactérias; e 3) quando cianobactérias filamentosas se movimentam em direção à luz, aprisionando grãos em um emaranhado de filamentos. Excepcionalmente, esses microrganismos podem ser ‘petrificados’ pelo preenchimento dos seus espaços internos por sílica, o mesmo processo que gera a ‘madeira petrificada’. A silicificação às vezes revela detalhes das células e das colônias em diversos estágios de desenvolvimento e decomposição. O crescimento da comunidade microbiana precisa superar a acumulação de sedimento, senão a esteira será soterrada, sem formar o estromatólito. Nessa luta pela sobrevivência, as cianobactérias – pelo crescimento ou pelo deslocamento – buscam a melhor posição possível para receber a luz solar. Isso leva a maior espessamento de alguns locais, com a esteira se elevando acima dos sedimentos em torno e criando, assim, a laminação convexa típica da maioria dos estromatólitos.
Sol
A
Luz solar
Colonização do substrato por microrganismos
Nível do mar
Substrato B
Aglutinação de grãos e crescimento inicial do estromatólito Preenchimento por sedimentos entre os estromatólitos C
Elevação do nível do mar Crescimento futuro
Diversas fases de preenchimento entre os estromatólitos
Parte ativa (mais escura)
Espécime depois de coletado e cortado
Parte interna laminada e litificada
Seção longitudinal de um estromatólito moderno da Laguna Figueroa (México) mostrando a laminação interna. A parte ativa corresponde apenas aos primeiros milímetros da superfície (escala em mm).
Figura 4. Esquema de formação dos estromatólitos e detalhes de estromatólitos atuais, em Shark Bay, na Austrália (A e B) e em Laguna Figueroa, no México (C)
O desenvolvimento e as características gerais dos estromatólitos, portanto, dependem de fatores tanto ambientais (profundidade, clareza, salinidade e energia da água, grau de exposição ao ar, constância das condições do hábitat e outros) quanto biológicos (espécies de organismos presentes na esteira e suas taxas de crescimento e produção de mucilagem). Isso torna possível avaliar, com base nessas estruturas, as condições climáticas, paleogeográficas e ambientais da época em que foram formadas, no passado da Terra.
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A transformação da vida na Terra Os estromatólitos estão entre as evidências mais antigas de vida em nosso planeta: alguns datam de até 3,5 bilhões de anos atrás. Os microrganismos que os construíram, portanto, teriam surgido nos mares do éon Arqueano, a primeira etapa do chamado tempo geológico, entre 4,1 e 2,5 bilhões de anos atrás (figura 5). O Arqueano começou quando a crosta terrestre se formou (essa é a idade das mais antigas rochas conhecidas). Os estromatólitos tornaram-se mais abundantes e diversificados no éon Proterozóico, entre 2,5 bilhões e 542 milhões de anos atrás, quando os mares rasos favoreceram a expansão das esteiras microbianas e esses organismos dominaram o mundo. Esse hábitat ilimitado, porém, começou a ser restringido com o surgimento de seres multicelulares, no final do Proterozóico, e com a irradiação acelerada de invertebrados no Cambriano, período que deu início ao éon Fanerozóico (de 542 milhões de anos até hoje). Devido à competição por espaço e à predação, os organismos construtores de estro-
matólitos acabaram restritos a ambientes inóspitos (com níveis elevados de salinidade, alcalinidade, acidez, temperatura e exposição ao ar) para organismos mais complexos. Mesmo assim, há estromatólitos fósseis formados em todo o Fanerozóico, inclusive no Brasil, onde se destacam os dos períodos Permiano (de 300 a 250 milhões de anos atrás), Cretáceo (especialmente entre 110 e 65 milhões de anos atrás) e Quaternário (especialmente dos últimos 3 mil anos). Além de representar uma curiosidade microbiana entre os fósseis, os estromatólitos desempenharam um tremendo papel em relação à transformação da Terra no planeta habitável que é hoje. Se imaginarmos viajantes espaciais analisando a Terra a distância, hoje, a descoberta surpreendente não seria a cor azul do planeta, mas o alto percentual de oxigênio livre em sua atmosfera (21%). O oxigênio pode ser produzido e se acumular através da quebra, pela luz solar, de moléculas de água na alta atmosfera, mas esse processo não permitiria chegar ao volume atual. Diante disso, os viajantes espaciais só poderiam concluir que a origem e manutenção do nível atual de oxigênio na atmosfera terrestre se devem a um processo biológico: a fotossíntese oxigênica.
Auge da abundância e diversidade de estromatólitos
a er
tó
li
ot
s t
Proliferação das cianobactérias e estromatólitos nas águas rasas das plataformas continentais
vi
Diversificação das microalgas unicelulares e surgimentos das algas multicelulares
Mais antigas evidências da fotossíntese oxigênica; Origem dos eucariontes unicelulares
al a ai m c or d
s
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e b
o
u
s A
d
Origem da fotossíntese
Mais antigas evidências geoquímicas de vida
Diversificação dos animais com conchas Dinossauros
3,0
3,5
3,8
Primeiros hominídeos
Idade dos estromatólitos observados nos A atmosfera se shopping centers torna oxidante
Estromatólitos e microfósseis mais antigos
n
Declínio dos estromatólitos e surgimento dos animais macroscópicos
2,7
2,5 2,4
2,1
1,8
1,0
800 600 542
230 65 4
Ossos de animais e restos de plantas is e
Conchas s
Impressões de animais sem carapaças
s fó
Sem fósseis e
Algas incarbonizadas
d s
Microfósseis e estromatólitos Fósseis geoquímicos o pi T
Plantas terrestres s
Animais o
e m o n
Ausência de vida
d is s ip T
a
Algas multicelulares Microalgas eucarióticas (unicelulares)
gr
Microrganismos procarióticos o
Origem e estágio inicial daTerra n o É
4,5
Arqueano
Fanerozóico
Proterozóico Pré-Cambriano (idade da vida microscópica)
4,1 Mais antigas rochas
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
542
e 248 65 j
Bilhões de anos Milhões de anos
Figura 5. A linha do tempo geológica e biológica, definida a partir de estudos de rochas e fósseis, permite situar o surgimento da vida e os principais eventos da evolução na Terra 26 • CIÊNCIA HOJE • vo l. 37 • nº 222
o H
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E quais foram os primeiros organismos a fazer isso? As cianobactérias, com registro comprovado desde pelo menos 2,7 bi2 cm lhões de anos atrás, segundo evidências geoquímicas em petróleo da Austrália, e provavelmente desde bem antes dessa data, como é fortemente sugerido, embora não tão diretamente, pelo registro arqueano de estromatólitos. Diversas evidências geológicas – em especial a concentração entre 3 e 2 bilhões de anos atrás das formações ferríferas sedimentares, que exigiram níveis 2 cm elevados de oxigênio livre (incluFigura 6. Imagens de Collenia itapevensis, primeiros estromatólitos descritos sive os depósitos brasileiros do no Brasil, em 1944 Quadrilátero Ferrífero e da Serra dos Carajás), e o surgimento há 2,5 bilhões de anos de amplas plataformas calcárias habitáveis por esteiras tólitos em várias localidades no Brasil (figura 7). microbianas – apontam que a transformação da O próprio Almeida, nas décadas seguintes, descreatmosfera terrestre do estado anóxico original para veu outras ocorrências: as primeiras em rochas o oxidante teria ocorrido entre 2,2 e 1,8 bilhões de fanerozóicas (do período Permiano, entre 286 e anos atrás, graças à fotossíntese das cianobactérias. 245 milhões de anos atrás) descobertas no Brasil, no Alto Araguaia (MT), em 1954; novas estruturas em rochas proterozóicas na região entre Itapeva (SP) e Castro (PR), em 1957; e outras de idade proterozóica perto de Corumbá (MS), em 1958, a oeste de Cuiabá (MT), em 1964, e próximo a Bonito (MS), em 1965. Influenciados pelas pesquisas iniciais de AlmeiQuem primeiro identificou estromatólitos no Brada, o químico João José Bigarella e o geólogo Riad sil (de forma pioneira em toda a América Latina) Salamuni (1927-2002), da Universidade Federal foi o eminente geólogo Fernando Flávio Marques do Paraná, iniciaram estudos de estromatólitos ao de Almeida, no início da carreira, em 1944, quannorte de Curitiba, na década de 1950, e o geólogo do tais estruturas ainda eram pouco conhecidas no francês Jacques Cassedanne e outros, em Minas mundo. Almeida (ver ‘Geólogo polivalente’, em CH Gerais e no Planalto Central, na década de 1960. nº 208) designou os estromatólitos que encontrou A partir de 1970, esses estudos foram ampliados e ao sul de Itapeva (SP) como Collenia itapevensis aprofundados no Brasil, como no resto do mundo, (figura 6). Foi o primeiro registro no Brasil de fósem parte pelos motivos já citados, mas também em seis comprovadamente pré-cambrianos (Proteriofunção de grandes projetos de geologia desenvolvizóico). Reanalisando alguns dos afloramentos desdos por órgãos estatais e empresas particulares e da critos por Almeida há mais de 60 anos, os autores expansão dos cursos de graduação e pós-graduação deste artigo constataram que suas descrições e inem geologia no país. Dezenas de novos sítios de terpretações dos mesmos continuam válidas. estromatólitos foram descobertos em praticamente Muitos dos locais descritos por Almeida ainda todas as regiões de calcários proterozóicos, princiexistem, mas o avanço da mineração de calcário palmente em rochas neoproteozóicas (de 1 bilhão para cal e cimento tem destruído áreas onde ocora 542 milhões de anos) no Paraná, em Minas Gerem estromatólitos. Ações conjuntas entre as rais, em Goiás e no Distrito Federal. mineradoras e governos municipais no sentido de Também se percebeu, nessa fase, que havia criar parques temáticos ou sítios paleontológicos estromatólitos em calcários do Quadrilátero Ferpoderiam permitir a preservação dessas áreas. rífero, em Minas Gerais, datados mais tarde em Outros estudos surgiram a partir da descoberta mais de 2 bilhões de anos, o que os torna os mais inicial de Almeida, e hoje se conhecem estromaantigos fósseis do Brasil. Na Bahia, descobriu-se,
Estromatólitos no Brasil
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Figura 7. Mapa das ocorrências de estromatólitos no Brasil, com as respectivas unidades geológicas
Fósseis no shopping center
a partir da década de 1980, ampla distribuição e variedade dessas estruturas nas rochas proterozóicas da Chapada Diamantina. Na mesma época, técnicos da Petrobras encontraram estromatólitos em calcários marinhos do Cretáceo nas bacias costeiras, e pesquisadores das universidades fizeram o mesmo em rochas permianas das bacias dos rios Paraná, na região Sudeste, e Parnaíba, na região Norte. Estromatólitos recentes a sub-recentes também foram reconhecidos na Região dos Lagos, no Rio de Janeiro, e estão sendo intensamente estudados. Um aspecto interessante é que, em algumas das formações geológicas brasileiras com estromatólitos, especialmente as do neoproterozóico, no Centro-oeste, ocorreu a silicificação dos microrganismos que os formaram (como mostrou a figura 3). Isso abre a possibilidade de vislumbrar como era a vida nesse passado distante.
Quando falamos em paleontologia imaginamos que, para encontrar algum fóssil, é preciso ir a lugares remotos, pouco convencionais para a maioria das pessoas, ou participar de alguma escavação. Hoje, no entanto, rochas e fósseis inter essantes podem, em alguns casos, ser encontrados dentro de edifícios nas grandes cidades. E não estamos falando de museus. Na cidade de São Paulo é possível observar estromatólitos em diversos prédios, como alguns shopping centers. O curioso é que, nesses empórios de consumo sofisticados, provavelmente as rochas fossilíferas mais comuns são mármores de cores variadas – em geral beges, amarelados, cin-
Neoproterozóico Corte transversal
6
Neoproterozóico
Corte longitudinal
Corte longitudinal
4
Neoproterozóico
9
5 cm
5
Neoproterozóico Corte longitudinal
5 cm
5 cm Corte longitudinal
Corte long itudinal
Permiano 2
Aracajú
5
Corte transversal
Salvador
4 9 6 5 cm
4
Brasília
Ossos de mesossaurídeos (répteis aquáticos) entre as colunas de estromatólitos
10
9
Cuiabá
Corte longitudinal
9
2
4 4
8
6
4 10
Campo Grande 8
Neoproterozóico
Paleoproterozóico Corte transversal
6
2
5 cm
Belo Horizonte
Corte longitudinal
1
Holoceno
2 3
3
São Paulo
Rio de Janeiro
3 3
Curitiba
2 cm
2 cm
Corte longitudinal
Corte transversal
Neoproterozóico Florianópolis
Paleoproterozóico - 2,5 a 1,8 bilhões de anos Neoproterozóico - 0,9 a 0,54 bilhões de anos Permiano - 295 a 250 milhões de anos Holoceno - época atual Corte longitudinal
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Corte transversal
Corte longitudinal
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Shopping Ibirapuera
Shopping Eldorado
SUGESTÕES PARA LEITURA Figura 8. Estromatólitos (com 2,1 a 2,4 bilhões de anos), do supergupo de Minas,na pedreira em Minas Gerais e nos pisos dos shoppings Ibirapuera e Eldorado, em São Paulo
zentos ou rosados – provenientes de uma só pedreira ao sul de Ouro Preto (MG) (figura 7). Esses mármores registram a presença de microrganismos muito simples, bactérias fotossintetizantes (cianobactérias) que viveram há mais de 2 bilhões de anos. São nada menos que os fósseis mais antigos da América Latina! Esses estromatólitos, do chamado Supergrupo Minas, com idade entre 2,1 e 2,4 bilhões de anos, podem ser vistos nos pisos dos shoppings Ibirapuera e Eldorado, na capital paulista, em diferentes andares (figura 8). A bem da verdade, é preciso dizer que, nas rochas usadas nos pisos desses shoppings, os detalhes quase foram apagados pelos processos geológicos que transformaram o calcário original
5 cm Figura 9. Fóssil de amonite em mármores no piso do shopping Eldorado, em São Paulo
em mármore. Pode-se ver hoje apenas a forma externa. A laminação interna foi quase toda destruída pela recristalização da rocha. O bom observador logo percebe que as placas de mármore apresentam dois padrões básicos: um que parece ‘pele de onça’, caracterizado por formas entre circulares e elípticas densamente agrupadas; e outro que lembra uma série de faixas paralelas não uniformes. A ‘pele de onça’ é produzida por cortes transversais e as bandas por cortes longitudinais dos estromatólitos colunares originais. Esse mármore reveste as paredes e pisos de prédios em muitas cidades brasileiras. Foi justamente em um edifício em construção, em Belo Horizonte (MG) e não sob o sol escaldante no campo, que o geólogo Marcel Dardenne, da Universidade de Brasília, percebeu, no início da década de 1970, que estava diante de estromatólitos. Dada a atual expansão na construção de shoppings e a demanda por novos materiais de construção, não será surpreendente se novas descobertas surgirem, futuramente, em ‘expedições geológicas’ a esses locais. Além de estromatólitos, outras surpresas podem aparecer. Um exemplo são os resquícios de conchas fósseis de amonites, também encontrados nas rochas que compõem o piso do shopping Eldorado (figura 9). Os amonites foram moluscos cefalópodes marinhos que se extinguiram há 65 milhões de anos, na mesma época que os dinossauros. Portanto, fique atento, pois o passeio no shopping , ou em outros prédios de sua cidade, pode resultar em uma grande descoberta paleontológica!
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